多轴加工的技术特点

数控多轴加工 技术特点,宋放之 北京航空航天大学机械学院 北京市海淀区学院路37号 邮编：100083sfzbuaa,一、多轴加工的理解,所谓多轴加工就是在原有三轴加工的基础上增加了旋转轴的加工。,多轴加工的情况可以分为：,1 、利用多轴数控机床进行三轴以上的联动加工 如：三个直线轴同一个或二个旋转轴的联动加工。这种加工称为：4轴联动或5轴联动加工。,需要五轴联动加工的 某发动机叶轮,加工叶轮,2、利用多轴数控机床进行任意两轴或三轴的联动加工。 如：12个直线轴和12个旋转轴的联动加工,需要一个直线轴加一个旋转轴联动加工的 柱面凸轮,加工螺旋槽,二、多轴加工的目的,1 、加工复杂形面,2 、提高加工质量,3 、提高工作效率,多轴加工可切削复杂形面,（1）复杂曲面模具形面、叶片形面 整体叶轮等,需要五轴联动加工的 发动机第三级大叶片,需要五轴联动加工的 某斜流压气机转子叶轮,需要五轴联动加工的某斜流压气机定子叶轮,叶片缘头处为非直纹面,加工鞋底模具,（1）利用球刀加工时，倾斜刀具轴线后可以提高加工质量和切削效率,接触点切削速度为零,接触点切削速度不为零,多轴加工可提高加工质量,加工高尔夫球用具,（2）多轴加工可把点接触改为线接触从而提高加工质量,球刀的点接触,立铣刀的线接触,(3)可以提高变斜角平面质量,多轴加工利用端刃和侧刃切削，使得变斜角平面表面粗糙度质量提高,（4）多轴联动加工可以提高叶片加工质量,三轴加工叶片 前后缘质量不好,四轴加工叶片 前后缘质量较好,三轴加工叶片 优点：编程简单、走刀路线比较好控制 缺点：单面加工易变形、叶片边缘质量不好 控制 五轴加工叶片 优点：叶片边缘质量好、环绕加工对控制变形有 利、大型叶片可以采用端刃切削提高效率 缺点：编程复杂、装夹要求高、设备要求高,多轴加工可提高工作效率,充分利用切削速度 充分利用刀具直径 例如：可使用大直径面铣刀加工 可应用宽行加工的方法 可改善接触点的切削速度 可以减小刀具长度，提高刀具强度,宽行加工方法,曲面零件,大直径铣刀宽行加工,三、多轴加工的特性,1 、编程复杂（尤其是后处理）,2、工艺顺序与三轴不同,编程复杂（尤其是后处理）,以UG为例：变轴铣、变轴轮廓铣、变轴顺序铣、固定轴曲面轮廓铣等 后置处理当中要考虑刀具的长度，机床的结构、工装夹具的尺寸关系以及工件的安装位置等,工艺顺序与三轴不同,三轴加工 建模生成轨迹生成代码装夹零件找正建立工件坐标系加工 五轴加工 建模生成轨迹装夹零件找正建立工件坐标系根据原点坐标生成代码加工,多轴加工中 工件定位与机床部件的关系,1、了解机床各部件之间的位置关系 2、确定工件坐标系原点与旋转轴的位置关系 3、了解刀尖点或刀心点与旋转轴的位置关系,例如：Mikron WF-74ch 工作台面距离A轴线125mm 工作台旋转轴线C轴距离A轴线165mm,在UG中的第四轴配置就应该这样设置数据,Y向偏置165,Z向偏置-125,最小角度-20,最大角度45,最大角度359.999,最小角度-359.999,Y向偏置-165,Z向偏置125,双摆头的五轴机床： 刀尖点或者刀心点距离B轴的长度。,DMG机床： 刀尖点或者刀心点的位置,转台中心的位置,转台中心到零件坐标系原点的距离是多少？,四、多轴加工所用的设备,机床类型：,1、四轴卧式加工中心 ：带旋转工作台，B轴,2、任意五轴联动加工中心： 双摆头、双摆台、一摆头一摆台,3、车削中心或车铣复合机床： 车床有C轴、有C轴和Y轴、有C、Y和B轴,五轴带双摆头,五轴带双摆台,五轴带一摆头、一摆台,4、立式加工中心 加单数控转台（3+1形式） 5、立式加工中心 加双数控转台（3+2形式）,五、多轴的点位加工,镗孔、钻孔、铰孔、调头镗孔,钻平行于X-Y平面的孔 需要利用一次三角函数进行计算,钻空间斜孔需要利用二次或多次三角函数进行计算,对于操作者而言必须熟练掌握的是： 1）平面三角函数 2）平面解析几何 3）代数,六、多轴的槽类加工,1、柱面槽,2、柱面凸轮,简单的柱面槽和圆柱凸轮槽的加工也可以利用二轴或三轴编程软件进行编程。 步骤如下： 1、把弧长展开设为X坐标值 2、把导程设为Y坐标值 3、利用软件对转变后的X-Y平面曲线进行插值运算，最后生成X-Y平面内的加工代码 4、把X值（弧长）转换成角度值,弧长转换为角度的公式： l-弧长 R-圆柱最大半径 如果插值点非常多，则可利用Excel文件进行处理。,七、多轴的曲面加工,1、曲面类型 叶片、叶轮加工、曲面、变斜角直纹面等,叶片,曲面,变斜角直纹面,2、多轴加工的刀具用法 立铣刀端刃加工 变轴铣,立铣刀侧刃加工 顺序铣 球刀 避免干涉,面铣刀端刃加工 宽行加工,八、多轴加工的工艺安排,1、粗加工的工艺安排原则 （1）尽可能地用平面加工或者三轴加工去除大余量 切削效率高，可预见结果 （2）分层加工，留够精加工余量 使加工产生的内应力均衡防止变形过大 （3）对于难加工材料或者窄缝的去粗可采用插铣,2、半精加工的工艺安排原则 （1）给精加工留下均匀的较小的余量 （2）给精加工留有足够的刚性,3、精加工的工艺安排原则 （1）分区域精加工 从浅到深，从上到下，从叶盆叶背到轮毂，“水落石出” （2）曲面清根曲面 切忌底面余量过大造成清根时过切,九、典型零件多轴加工 工艺路线分析,1、斜筋结构件的加工,加工步骤： （1）粗加工型腔 用平面轮廓加工的方法加工型腔 UG用型腔铣。CAXA用区域式粗加工 （2）半精加工 用变轴顺序铣分多刀次加工斜筋型腔 （3）精加工 用变轴顺序铣一刀次精加工斜筋型腔,例题之一：具有拔模斜度的井字凹槽,CAXA和UG的建模,CAXA和UG的加工轨迹,Vericut仿真模型,例题之二：柱面凸轮凹槽,2、普通柱面凸轮的加工 槽宽20mm 槽深20mm,加工步骤： （1）粗加工柱面槽 用18立铣刀分多刀次粗加工柱面槽 （2）精加工柱面槽 用20立铣刀一刀次精加工柱面槽 （3）清根 用18 T型清根刀槽底清根,如果槽宽为45 mm柱面槽 加工步骤： （1）粗加工柱面槽 用20立铣刀分多刀次上下粗加工柱面槽 （2）精加工柱面槽 用45立铣刀一刀次精加工柱面槽 注意：编程时要为20立铣刀编出三条粗加工轨迹程序。即：上、中、下三条线，并在槽边留出0.5 mm的精加工余量。,加工步骤： （1）粗加工 三轴粗加工，并留余量单边4mm （2）半精加 变轴曲面轮廓铣 上1/3部分余量0.5mm 中1/3部分余量1mm 下1/3部分余量2mm 底座1mm余量,例题之三：单叶片的加工,（3）精加工叶顶部分和上1/3部分，余量0mm （4）半精加工 中1/3部分余量0.5mm 下1/3部分余量1mm 底座0.5mm （5）精加工中1/3部分，余量0mm 精加工底座，余量0mm （6）半精加工下1/3部分，余量0.5mm （7）精加工下1/3部分 （8）清根,例题之四：叶轮的加工,工艺步骤： （1）装夹与定位,（2）开槽和扩槽 3键槽刀、 3球刀 注意： 1）如果叶片之间的流道很窄，材料又不好加工，则可以采用插铣的方法 2）开槽和扩槽未必一次到底。根据情况可以分步骤完成。即开到一定深度先做半精加工，然后再继续开槽,基于UG的开槽方式 刀轴矢量方向 为了使开槽加工时，刀具不会与叶片曲面发生干涉，刀轴矢量应为气流通道两侧叶片曲面的矢量和 。,基于的刀轨动态仿真变轴铣方式,扩槽加工UG仿真结果,（3）半精加工 半精加工有两种走刀路线 。 1）在两个叶片之中进行区域式加工,叶片,叶片,叶片,2）对一个叶片环绕加工,叶片,轨迹,（3）精加工 1）精加工叶背 2）精加工叶盆 3）精加工轮毂 注意：对于长叶片而言环绕加工比较合适。主要是控制变形。,（4）清根 清根是叶片、叶轮加工的难点之一。 经常出现的问题是过切和抬刀 解决的方法是： 1）光顺根部曲面 2）优化程序 3）合理安排粗精加工工序 4）合理选择切削